INTRODUCCIÓN La técnic nica de fot fotoco ocolorim rimetrí etríaa, o específicamente la espectrofotometría de absorción molecular ultra-violeta visible, se basa en la medición de la diferencia entre el haz incidente y el haz transmitido cuando éste pasa a través de una solución coloreada y su relación con la concentración de esa especie. Esta técnica se utiliza con mayor frecuencia en forma cuantitativa para determi rminar las concentraciones de especies absorbentes en solución, aplicando la ley de Beer, la cual cumple con la siguiente ecuación A
=
ε
⋅
• •
En esta pr)ctica, se determinó la concentración de 'r y 3n en una muestra problema (ue contenía ambas a mbas especies en solución, por medio de esta técnica de espectrofotometría.
b C ⋅
!ondee " es la "bsor !ond bsorba banc ncia ia,, b es el tama#o de la celda, $ es la absortividad molar %depende de la sustancia y de la longitud de onda& y ' la concentración de la sustancia. Esta ley también es aplicable a soluci soluciones ones colorea coloreadas das (ue contenga contengann m)s de una clase de sustancia absorbente, absorbente, siempre y cuando no e*ista interacción entre entre ellas. ellas. La "bsor "bsorban bancia cia total, total, (ue (ue cumple con la Ley de Beer, para soluciones multicomponentes viene dada por "+""/0"n
OBJETIVO GENERAL: ∗
1ara el an)lisis simult)neo de m)s de un elem elemen ento to pres presen ente te en una una muest uestra ra se deben tener las siguientes consideraciones
•
Longit Longitudes udes de onda sufici suficient enteme emente nte específicas para cada componente. Los Los elem element entos os a anali analizar zar no deben deben reac eaccionar entre ellos ni con el
!eterminar la concentración de 'r y 3n en la muestra problema por medio de la espe spectro ctrosscopi opia de absorc sorciión molecular ultra-violeta visible.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ∗
"+$ b' b' $/ b' b'/0$n b' b'n
•
disolvente, adem)s deben ser coloreados ya (ue muestras incoloras no muestran se#al de absorción. !eben ser estables. 2e deben preparar patrones por cada elemento a analizar, para así construir las respectivas curvas de calibración y obt obtener ner la abso bsorti rtivid vidad de cada elemento.
∗
∗
4ealizar las curvas de calibrado para el compl comple5 e5oo de crom cromoo a long longit itude udess de onda de 678 y 9:8nm. 4ealizar las curvas de calibrado para el comple5o de manganeso a longitudes de onda de 678 y 9:8nm. !etermi rminar los coef oeficientes de absortividad molar para los comple5os de cromo y manganeso a las longitudes de onda de 678 y 9:8 nm, por medio de las curvas de calibrado obtenidas.
∗
!eterminar la concentración molar de 'r y 3n en la muestra problema
EQUIPOS: Espectrofotómetro de "bsorción molecular ;<-?E2@2.
REACTIVOS:
∗
2olución est)ndar de A /'r /C molDL 2olución est)ndar de A3n: molDL
A!+(i%i% "e (a '*e%#ra pr$)(e'a En el espectrofotómetro se midió la absorbancia de la muestra problema, para determinar su concentración, a longitudes de onda de 678 y 9:8nm.
PARTE EXPERIMENTAL
∗
previamente calibrado con ayuda del técnico.
8,88 8,886
MUESTRA: 3uestra problema de concentración de cromo y manganeso desconocida.
METODOLOGÍA:
RESULTADOS , DISCUSIÓN En el laboratorio se midió la absorbancia para cada solución patrón de dicromato de potasio %A /'r /C& a una longitud de onda de 678nm, los resultados se muestran en la tabla de donde se determinó (ue el valor del coeficiente de absortividad molar para el cromo a longitud de onda de 678nm fue de $66:7 LDmol.cm como se puede observar en la ecuación de la curva de calibración %figura&
Dicromato de potasio λ=380nm
Preparaci! "e pa#r$!e%& 2e preparó, a partir de una solución est)ndar de A /'r /C 8,88 molDL. cuatro soluciones patrón de 98 mL con volumen de /,9 9 C,9 y 8 mL de la solución est)ndar. !e igual manera, se preparó cuatro soluciones patrones de 98 mL con volFmenes de /,9 9 C,9 y 8 mL de la solución est)ndar de A3n: 8,886 molDL.
De#er'i!aci! "e (a a)%$r)a!cia "e (a% %$(*ci$!e% pa#r$!e%& 2e midió la absorbancia de cada solución patrón a longitudes de onda de 678nm y 9:8nm en el espectrofotómetro
1 0.8 0.6
Absorbancia (u.a)
f(x) = 4138x R² = 0.99
0.4 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Concentración (mol/L)
"66:7'8,879 G678nm Higura . 'urva de calibración de absorbancia para 'r a G 678nm
"sí mismo, se observó (ue para una longitud de onda de 9:8 nm y una concentración menor de 8,88889 molDL de cromo, se obtuvieron valores no confiables para el an)lisis %ver tabla &, es decir, los resultados obtenidos no cumplen con la linealidad de la ley de Beer, esto debido a (ue esta longitud de onda no es optima para el cromo y las concentraciones de dos primeros patrones debieron ser insuficientes para (ue las soluciones absorbieran a esta longitud de onda, por ello, se realizó la curva de calibración tomando los valores donde el cromóforo es visible, %ver figura /&, obteniéndose (ue el valor del coeficiente de absortividad a longitud de onda igual a 9:8nm fue de $:/ LDmol.cm. ":/'-8,889 G9:8nm
Dicromato de Potasio λ=!0nm
comportamiento lineal, esto sugiere (ue esta longitud de onda es optima para el manganeso y las concentraciones fueron ba5as e insuficientes para (ue la solución absorbiera a esta longitud de onda por lo cual se determinó el coeficiente de absortividad molar tomando los valores de la tabla / sin considerar la absorbancia leida para el patrón nI , con lo cual se obtuvo la curva de calibración (ue se observa en la figura 6, obteniéndose (ue el valor del coeficiente de absortividad molar fue $ 9C7 LDmol.cm. @gualmente, se determinó (ue para 3n a G 9:8nm el valor de la absortividad $ /688 LDmol.cm %ver figura :& "9C7'8,7: G678nm
Perman#anato de Potasio λ=380nm 0.4 0.35 0.3
0.01
0.25 0.01
Absorbancia (u.a)
f(x) = 32x R² = 0.97
0
f(x) = 563.56x R² = 1
Absorbancia (u.a) 0.2 0.15 0.1 0.05
0 0 0000000000
0 0 0 0 0 0 0 0
Concentración (mol/L)
Concentración "olar (mol/L)
Higura 6. 'urva de calibración de absorbancia para 3n a G 678nm. Higura /. 'urva de calibración de absorbancia para 'r a G 9:8nm.
1or su parte, para el comple5o manganeso la absorbancia de los patrones a longitud de onda G 6:88nm se evidenció un
Perman#anto de Potasio λ=!0n 1.5
1
f(x) = 2153.33x R² = 1
Absorbancia (u.a) 0.5
0 0 0 0 0 0 0 0
Concentración (mol/L)
" /688'-8,88J G9:8nm Higura :. 'urva de calibración de absorbancia para 3n a G 9/8nm.
1ara todos los casos la longitud de la celda es constante, por lo tanto la variación en las pendientes de las rectas es debida Fnicamente a las absortividades molares de cada compuesto. "si, se observa (ue para el dicromato de potasio a 678 nm su absortividad molar es mayor (ue a 9:8 nm, lo cual es lógico, por(ue este presenta un pico de absorción a 678 nm, debido a (ue se absorbe a esta longitud de onda. 'aso contrario al permanganato de potasio, su absortividad molar a 978nm es mayor (ue a 678nm. En relación a lo anterior e*puesto, la absortividad del permanganato, en su pico de m)*ima absorción, es mayor (ue la del dicromato en su m)*ima longitud, por lo (ue el permanganato absorbe m)s a su longitud de onda de lo (ue absorbe el dicromato a la suya, esto se corrobora al
observar la coloración de las soluciones de cada compuesto, la solución de permanganato es color violeta oscura y la de dicromato amarillo p)lido por lo (ue se concluye (ue mientras una solución tenga m)s color absorber) m)s. Hinalmente, se calculó (ue la concentración de 'r en la muestra desconocida fue de %8,888:C769K8,88J&molDL con un error de C6,9M y la concentración molar de 3n en la muestra fue %8,88/8/9K 88J&molDL con un error relativo de 8,9 M. En tal sentido, en esta pr)ctica se comprobó (ue la espectroscopia ultravioleta visible es una técnica (ue permite calcular concentraciones de sustancias en soluciones desconocidas sin embargo se observó también (ue se debe tener especial cuidado en la preparación de las soluciones a estudiar.
CONCLUSIONES •
2e construyó la curva de calibrado de absorbancia vs concentración de 'r con ecuación " 66:7N''r 8,879 a G 678nm y " :/N''r -8,889 a G 9:8nm.
•
2e construyó la curva de calibrado de absorbancia vs concentración de 3n con ecuación " 9C7N'3n 8,7: a G 678nm y " /688N'3n - 8,8JJ a G 9:8nm.
•
2e determinó el coeficiente absortividad para 'r $ 66:7 LDmol.cm a G 678nm y $ :/ LDmol.cm a G 9:8nm.
de
•
•
2e determinó el coeficiente de absortividad para 3n $ 9C7 LDmol.cm a G 678nm y $ /688 LDmol.cm a G 9:8nm. 2e determinó (ue la concentración de 'r en la muestra fue de %8,888:C769K8,88J&molDL con un error de C6,9My la concentración de 3n fue de %8,88/8/9K8,88J&molDL con un error relativo de 8,9 M.
RECOMENDACIONES 2e recomienda realizar las lecturas de absorción inmediatamente después de preparadas las soluciones patrones debido a (ue, tanto la solución de dicromato de potasio
como la de permanganato de potasio, pueden descomponerse.
REFERENCIAS 4B@?2?, O. 1rincipios de an)lisis instrumental. Editorial "cribia. %1rimera edición&. Espa#a. %C:&. 2A=, !. "n)lisis instrumental. 3c =raP Qill. %cuarta edición&. 3é*ico. %:&.
FOTOCOLORIMETRÍA II ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR ULTRA-VIOLETA VISIBLE
De#er'i!aci! "e (a c$!ce!#raci! '$(ar "e Cr . M! e! (a '*e%#ra pr$)(e'a p$r 'e"i$ "e (a e%pec#r$%c$pia "e a)%$rci! '$(ec*(ar *(#ra-/i$(e#a /i%i)(e& =risel 4odríguez, e*pediente nI /88J/-8J6, sección 8: ;?ER1
RESUMEN
En el laboratorio se realizó la determinación de la concentración de cromo %'r& y manganeso %3n& en la muestra problema con ambos componentes por medio de la espectroscopia de absorción molecular ultra-violeta visible, también llamado fotocolorimetría, debido a (ue es necesario (ue las soluciones presenten color para aplicar esta técnica y aplicando la Ley de Beer para absorbancias aditivas en soluciones con m)s de una sustancia absorbente. 1ara ello, se midió la absorbancia de las soluciones patrones de dicromato de potasio, coloreadas de amarillo, y de las soluciones patrones de permanganato de potasio, de color morado, a longitudes de onda de ::8 y 9/8 nm con estos valores se realizaron las respectivas curvas de calibración para determinar las absortividades molares de cada compuesto. Luego, se midió la absorbancia de la muestra problema a longitudes de onda de ::8 y 9/8 nm y se obtuvo (ue la concentración de 3n en la muestra fue de %8,88:JK8,88:C8& 3 con un error de C:,J8 M y la concentración de 'r fue de %8,88/CK8,88:C& 3 con un error relativo de /,JCM.
1alabras claves espectroscopia, absorción molecular ultra-violeta, absortividad.
ANEXOS Ta)(a "e "a#$% Ta)(a0& A)%$r)a!cia% "e( "icr$'a#$ "e p$#a%i$ a ($!1i#*"e% "e $!"a "e 234 . 564!' Patrón
380 nm
540nm
1
Concentración Cr 000005
0302
0001
2
00001
0415
0002
3
000015
0649
0005
4
00002
0782
0007
Ta)(a 7& A)%$r)a!cia% "e( per'a!1a!a#$ "e p$#a%i$ a ($!1i#*"e% "e $!"a "e 234 . 564!' Patrón
380nm
540nm
1
Concentración !n 000015
0073
0281
2
00003
0177
0642
3
000045
0255
0927
4
00006
0336
1336
Ta)(a 2& A)%$r)a!cia% "e (a '*e%#ra "e%c$!$ci"a a ($!1i#*"e% "e $!"a "e 264 . 564!'&& Longitud de onda "bsorbancia
678nm 8,99:
9:8nm 8,6:
De#er'i!aci! "e ($% c$e8icie!#e% "e a)%$r#i/i"a" '$(ar para ($% c$'p(e9$% "e cr$'$ . 'a!1a!e%$ a (a% ($!1i#*"e% "e $!"a "e 664 . 574 !' p$r 'e"i$ "e (a% c*r/a% "e ca(i)ra"$ $)#e!i"a%& La pendiente de la curva de calibrado es igual a la absortividad molar, asi Para e( cr$'$: " G 678nm " G 9:8nm
" 66:7N' 'r - 8,879 " :/N''r -8,889
$ 66:7 LDmol.cm $ :/ LDmol.cm .
Para e( 'a!1a!e%$: " G 678nm " 9C7N' 3n - 8,7: " G 9:8nm. " /688N' 3n - 8,8JJ
$ 9C7 LDmol.cm $ /688 LDmol.cm
De#er'i!aci! "e (a c$!ce!#raci! '$(ar "e Cr . M! e! (a '*e%#ra pr$)(e'a& 1or ley de Beer, se resuelve el siguiente sistema de ecuaciones " G 67nm " G 9:8nm
66:7N''r 9C7N'3n 8,99: :/N' 'r /688N'3n 8,6:
4esolviendo el sistema de ecuaciones nos (ueda (ue, ''r ,9JCN8-9 molDL '3n :,8:6N8-: molDL 3ultiplicando por el factor de dilución /9mLD9mL, nos (ueda (ue ''r 8.888:C769 molDL '3n 8.88/8/9 molDL
'alculo de incertidumbre 2
√
% 8,/ D 98,88 &/ % 8,8 D 6,88 &/ % 8,86 D 8,88 &/
2 8,88J "si, finalmente ''r 8.888:C769 K8,88J molDL '3n 8.88/8/9 K8,88J molDL